專利名稱：圖像偏振譜顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及偏振光學(xué)顯微鏡，尤其是涉及一種圖像偏振譜顯微鏡。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的生物光學(xué)顯微鏡如近場光學(xué)顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡及原子力顯 微鏡等利用了各種技術(shù)手段實現(xiàn)了對微小甚至分子結(jié)構(gòu)的精細觀測與識別。但 是，這些高端顯微鏡的設(shè)備價值高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作麻煩，其維護也需大量開 銷，很多研究者因為種種原因無法方便的使用這些設(shè)備觀測樣品內(nèi)的微細結(jié)構(gòu)， 因此不能得到很好的普及。同時，目前的偏光顯微鏡是通過手動旋轉(zhuǎn)該器件觀 測不同偏振狀態(tài)下的光強信號，從而利用偏振信息實現(xiàn)對微觀結(jié)構(gòu)光學(xué)特性的 探測。但是，此類顯微鏡無法實現(xiàn)對偏振信息的連續(xù)采集與分析，即無法進一 步獲取能夠精確表征生理特性的各種微觀信息。因此，建立并發(fā)展一種新型的 偏振譜顯微鏡，使之在適合普及應(yīng)用的前提下，能夠利用偏振譜的信息對微觀 結(jié)構(gòu)包含的信息實現(xiàn)測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種圖像偏振譜顯微鏡，它基于普通光學(xué)顯微鏡結(jié) 構(gòu)并利用一系列偏振光學(xué)元件組合而成，用以測量分析樣品偏振譜圖像，達到 快速識別樣品特性的目的。
為了達到本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是-
1、 一種透射式圖像偏振譜顯微鏡
包括光源系統(tǒng)、精密電動轉(zhuǎn)臺、起偏器、檢偏器、電荷耦合器件CCD、計 算機；光源系統(tǒng)發(fā)出的入射光經(jīng)反射鏡反射后，進入到位于載物臺下的精密電 動轉(zhuǎn)臺上的具有偏振功能的起偏器，再透射到載物臺上的待觀測樣品后的光經(jīng) 過檢偏器由電荷耦合器件CCD接收并傳輸至計算機，再由計算機存儲并處理后 將偏振譜圖像顯示出來。
2、 另一種反射式圖像偏振譜顯微鏡
包括光源系統(tǒng)、精密電動轉(zhuǎn)臺、起偏器、檢偏器、電荷耦合器件CCD、計 算機；光源系統(tǒng)入射光進入到精密電動轉(zhuǎn)臺上的具有偏振功能的起偏器，經(jīng)反 射鏡反射，照射到載物臺上的待觀測樣品后反射，經(jīng)反射鏡透射的光經(jīng)過檢偏 器由電荷耦合器件CCD接收并傳輸至計算機，再由計算機存儲并處理后將偏振譜圖像顯示出來。
以上兩種圖像偏振譜顯微鏡的入射光、精密電動轉(zhuǎn)臺、起偏器、載物臺上
待觀測樣品、檢偏器和電荷耦合器件CCD位于同一光學(xué)主軸上。
本發(fā)明具有的有益效果是
本發(fā)明由于是基于普通顯微鏡，在其基礎(chǔ)上增加了偏振片、檢偏器、電荷
耦合器件CCD等器件，利用偏振光學(xué)特性提取樣品的微細結(jié)構(gòu)特征并顯示，同 時設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于操作的特點，能夠為生物醫(yī)學(xué)、礦物標(biāo) 本、微電子技術(shù)等領(lǐng)域研究提供顯微鏡測量的高技術(shù)平臺以及為臨床醫(yī)學(xué)的各 種快速實時檢測提供技術(shù)手段及解決方案，挖掘現(xiàn)有光學(xué)顯微鏡的潛在應(yīng)用領(lǐng) 域并提高其測量的技術(shù)水平。


圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖2-a是偏振光線通過待測樣品前的偏振示意圖。 圖2-b是偏振光線通過待測樣品后的偏振示意圖。 圖3是本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖4是利用單片機控制TRM-m-l-2-2精密電動轉(zhuǎn)臺電機的控制電路圖。 圖中1、入射光，2、精密電動轉(zhuǎn)臺，3、起偏器，4、待觀測樣品，5、檢
偏器，6、電荷耦合器件CCD， 7、計算機。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)原理示意圖。包括光源系統(tǒng)、精密電動轉(zhuǎn)臺2、起 偏器3、檢偏器5、電荷耦合器件CCD 6、計算機7;光源系統(tǒng)發(fā)出的入射光l 經(jīng)反射鏡反射后，進入到位于載物臺下的精密電動轉(zhuǎn)臺2上的具有偏振功能的 起偏器3，再透射到載物臺上的待觀測樣品4后的光進入具有檢測偏振方向功能 的檢偏器5、經(jīng)具有接收偏振數(shù)據(jù)功能的電荷耦合器件CCD 6，再由計算機7 存儲與處理后，將偏振譜圖像顯示出來。
如圖1所示，入射光1依次通過安裝于精密電動轉(zhuǎn)臺2中的起偏器3、載物 臺上待觀測樣品4，檢偏器5和電荷耦合器件CCD6，最終將偏振信息通過計算 機7記錄、處理并由顯示器將偏振譜信息顯示。
本發(fā)明的工作原理如下
以下以洋蔥表皮細胞為例，說明本發(fā)明的具體實施方案，但本發(fā)明的實施 不限于洋蔥表皮細胞作為待測樣品材料。實施例l
圖1示出了本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖，光源系統(tǒng)發(fā)出的入射光1經(jīng)反射鏡反射
后，進入到位于載物臺下的精密電動轉(zhuǎn)臺2上的具有偏振功能的起偏器3，再透 射到載物臺上的洋蔥表皮細胞4后的光進入具有檢測偏振方向功能的檢偏器5、 經(jīng)具有接收偏振數(shù)據(jù)功能的電荷耦合器件CCD 6，再由計算機7存儲后，將偏
振譜圖顯示出來。 操作步驟
1、 放樣片前，利用系統(tǒng)自校準(zhǔn)功能調(diào)整到最亮態(tài)或最暗態(tài)；
2、 放入洋蔥樣片；
3、 在實時顯示的圖像窗口中，用鼠標(biāo)選擇要測量的像素點或像素行(列);
4、 啟動檢測，由程序控制電動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)360度；
5、 在操作窗口中繪制該像素點(行或列)隨偏振角度變化的關(guān)系曲線(或 該行(列)隨偏振角度變化的關(guān)系曲面)；
6、 由曲線(面)上的數(shù)據(jù)，軟件進一步進行數(shù)值分析，得出偏振特征譜數(shù)
值；
7、 將偏振譜數(shù)據(jù)存儲并顯示。
圖1中對于所有的元器件的位置只是示意的畫出，根據(jù)設(shè)計的需要，有的 可以集成在一起，也可以彼此獨立分步地工作，其位置不具有絕對性。
如圖2為光線通過待測樣品后所產(chǎn)生的線偏振效果圖，《為光線入射待測樣 品前的線偏振的角度，《為光線出射待測樣品后的線偏振的角度。
實施例2
圖3是本發(fā)明的反射式顯微鏡結(jié)構(gòu)原理示意圖。包括光源系統(tǒng)、精密電動 轉(zhuǎn)臺2、起偏器3、檢偏器5、電荷耦合器件CCD6、計算機7;光源系統(tǒng)入射光 1進入到精密電動轉(zhuǎn)臺2上的具有偏振功能的起偏器3，經(jīng)反射鏡反射，照射到 載物臺上的待觀測樣品4后反射，經(jīng)反射鏡透射的光進入具有檢測偏振方向功 能的檢偏器5、經(jīng)具有接收偏振數(shù)據(jù)功能的電荷耦合器件CCD6，再由計算機7 存儲后，將偏振譜圖像顯示在顯示器上。
當(dāng)待測樣品為非透明介質(zhì)時，采用反射式結(jié)構(gòu)，圖3為反射式結(jié)構(gòu)光路圖。
以下以礦石晶體為例，說明本發(fā)明反射式結(jié)構(gòu)的具體實施方案，但本發(fā)明 的實施不限于礦石晶體作為非透明介質(zhì)的待測樣品材料。
圖3示出了本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖，光源系統(tǒng)入射光l由起偏器3按照45度 方向起偏進入到精密電動轉(zhuǎn)臺2上的四分之波片8，經(jīng)反射鏡反射，照射到載物臺上的待觀測樣品4后反射，經(jīng)反射鏡透射的光進入具有檢測偏振方向功能的 檢偏器5、經(jīng)具有接收偏振數(shù)據(jù)功能的電荷耦合器件CCD6，再由計算機7存儲 后，在顯示器上將偏振譜圖顯示出來。 操作步驟
1、 利用系統(tǒng)自校準(zhǔn)功能調(diào)整到最亮態(tài)或最暗態(tài)；
2、 放入云母礦石樣片；
3、 在實時顯示的圖像窗口中，選擇要測量的像素點或像素行(列)；
4、 啟動檢測，由程序控制電動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)360度；
5、 在操作窗口中繪制該像素點(行或列)隨偏振角度變化的關(guān)系曲線(或 該行(列)隨偏振角度變化的關(guān)系曲面)；
6、 由曲線(面)上的數(shù)據(jù)，軟件進一步進行數(shù)值分析，得出偏振特征譜數(shù)
值；
7、 將偏振譜數(shù)據(jù)存儲并顯示。
圖3中對于所有的元器件的位置只是示意的畫出，根據(jù)設(shè)計的需要，有的 可以集成在一起，也可以彼此獨立分步地工作，其位置不具有絕對性。 本發(fā)明的具體設(shè)計參數(shù)不依賴于所選擇的洋蔥表皮細胞、礦石晶體。 上述實施例中，當(dāng)所選材料不同時，觀測到的偏振譜線必定會不同，這些 數(shù)據(jù)都具有一定的隨意性，但通過信息處理獲取的相關(guān)特征是樣品具有的本質(zhì) 屬性。
精密電動轉(zhuǎn)臺2型號為TRM-m-l-2-2。可以根據(jù)顯微鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同選 擇其他型號或自行設(shè)計。
使用元件AT89S52， MAX232E, RS232端口，馬達驅(qū)動器，馬達，電阻， 電容,LED燈，晶振，導(dǎo)線，晶振為12MHz(如圖4所示)。
連接方法
單片機1腳接lk ohm電阻和LED串聯(lián)后接在5V電源上，3腳接馬達驅(qū)動 器的CP， 4接DIR， 5接FREE ， 9腳接復(fù)位電路(通過5k ohm電阻接地，通過 22uF電容接電源，通過100 ohm電阻和開關(guān)串聯(lián)接電源)，10腳接MAX232E的 R2out(9腳)，11腳接MAX232E的T2inlO腳，18，19腳接12MHz晶振后分別通 過30pF電容接地，20腳接地，31和40腳接電源。MAX232E的1腳與3腳，4 腳與5腳，15腳與6腳,2腳與16腳,16腳與15腳間分別接1個luF的電解電容(前 正后負)，7腳接RS232端口的2腳，8腳接RS232端口的3腳，9腳接單片機 的10腳，10腳接單片機的11腳，15腳接地，16腳接5V電源，RS232端口的2腳接MAX232E的7腳，3腳接MAX232E的8腳，5腳接地。馬達驅(qū)動器的 OPTO接地，CP接單片機3腳，DIR接單片機4腳，F(xiàn)REE接單片機5腳。
電源的配置是通過220V轉(zhuǎn)24V直流的變壓器,經(jīng)過L7805CV輸出5V電壓
供給電路電壓。
上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的 精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā) 明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種圖像偏振譜顯微鏡，其特征在于包括光源系統(tǒng)、精密電動轉(zhuǎn)臺(2)、起偏器(3)、檢偏器(5)、電荷耦合器件CCD(6)、計算機(7)；光源系統(tǒng)發(fā)出的入射光(1)經(jīng)反射鏡反射后，進入到位于載物臺下的精密電動轉(zhuǎn)臺(2)上的具有偏振功能的起偏器(3)，再透射到載物臺上的待觀測樣品(4)后的光進入具有檢測偏振方向功能的檢偏器(5)、經(jīng)具有接收偏振數(shù)據(jù)功能的電荷耦合器件CCD(6)，再由計算機(7)存儲并顯示。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圖像偏振譜顯微鏡，其特征在于入射光(l)、 精密電動轉(zhuǎn)臺(2)的轉(zhuǎn)動中心、起偏器(3)、載物臺上待觀測樣品(4)、檢偏器(5) 和電荷耦合器件CCD(6)位于同一光學(xué)主軸上。
3、 一種圖像偏振譜顯微鏡，其特征在于包括光源系統(tǒng)、精密電動轉(zhuǎn)臺(2)、 起偏器(3)、檢偏器(5)、電荷耦合器件CCD(6)、計算機(7);光源系統(tǒng)入射光(l) 進入到精密電動轉(zhuǎn)臺(2)上的具有偏振功能的起偏器(3)，經(jīng)反射鏡反射，照射到 載物臺上的待觀測樣品(4)后反射，經(jīng)反射鏡透射的光進入具有檢測偏振方向功 能的檢偏器(5)、經(jīng)具有接收偏振數(shù)據(jù)功能的電荷耦合器件CCD(6)，再由計算機 (7)存儲并顯示。
4、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種圖像偏振譜顯微鏡，其特征在于入射光(l)、 精密電動轉(zhuǎn)臺(2)、起偏器(3)、載物臺上待觀測樣品(4)、檢偏器(5)和電荷耦合器 件CCD(6)位于同一光學(xué)主軸上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖像偏振譜顯微鏡。包括光源系統(tǒng)、精密電動轉(zhuǎn)臺、起偏器、檢偏器、電荷耦合器件CCD、計算機。它基于普通光學(xué)顯微鏡結(jié)構(gòu)，利用一系列光學(xué)器件組合而成。入射光首先通過起偏器，將自然光轉(zhuǎn)變成線偏振光，起偏器的線偏振透振角可由精密電動轉(zhuǎn)臺調(diào)整，然后此線偏振光通過載物臺上的待觀測樣品，透過樣品或在樣品表面反射后的偏振光通過檢偏器，由電荷耦合器件CCD采集光強信息，最終將偏振信息存儲于計算機中，并將結(jié)果顯示出來。由于不同樣品對偏振光的作用不同，所以通過待測樣品之后的線偏光會呈現(xiàn)出不同的偏振光學(xué)特性。通過信息處理技術(shù)提取相關(guān)偏振譜線，就可以對待測樣品的各種光學(xué)特性進行分析。
文檔編號G01N21/21GK101441170SQ20081016343
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者李宇波, 楊建義, 江曉清, 昊 王, 王明華, 賈文建 申請人:浙江大學(xué)